Monde de la physique : assombrir les fenêtres en appuyant simplement sur un bouton

Lorsque le soleil brille en été, de nombreuses personnes ferment les rideaux ou les stores de leurs fenêtres. Ils veulent éviter que la lumière du soleil ne soit éblouissante ou que les pièces ne se réchauffent trop rapidement. Cela pourrait être réalisé plus rapidement et de manière plus élégante grâce à des fenêtres commutables dotées de revêtements spéciaux qui s’assombrissent sur simple pression d’un bouton. Cependant, les revêtements précédents foncent relativement lentement et ne durent pas longtemps. Une équipe de recherche a résolu ces deux problèmes grâce à un nouveau revêtement fabriqué à partir d’un composé organométallique, dont ils parlent dans la revue « ACS Energy Letters ».

Les composés à structure métallo-organique, ou MOF en abrégé, sont des matériaux appropriés pour de tels revêtements. Il contient à la fois des atomes métalliques et des molécules organiques structurées comme une charpente. Si une tension électrique est appliquée à ces connexions, elles peuvent modifier leur structure et, par conséquent, leurs propriétés optiques, telles que la luminosité et la couleur. Pour ce type de matériau, Xueying Fan de l’Institut de technologie de Harbin et son groupe de recherche ont choisi un matériau dans lequel un atome de nickel était entouré de plusieurs groupes moléculaires organiques : Ni-IRMOF-74. Ce matériau cristallin et poreux peut absorber des ions lorsqu’une tension électrique est appliquée et modifier la structure de la structure.

D’abord vert – puis rouge foncé

Pour construire un prototype de fenêtre commutable, les chercheurs ont appliqué plusieurs couches extrêmement fines de matériau sur une vitre. Ils ont déposé une couche de perchlorate de lithium sur une couche de Ni-IRMOF-74. Ils ont utilisé des couches transparentes d’oxyde d’étain dopé au fluor comme électrodes. Fan et son équipe ont d’abord appliqué une tension électrique de 0,8 volt aux couches organométalliques initialement transparentes, qui sont ensuite devenues vertes et ont protégé un peu de lumière. À une tension plus élevée de 1,6 volts, le revêtement est devenu rouge foncé et n’a laissé passer qu’une petite quantité de lumière. La raison en était les ions lithium, qui étaient transférés de la fine couche de perchlorate de lithium à la structure organométallique à basse tension. Les chercheurs veulent toujours découvrir ce qui change la teinte à des tensions plus élevées – mais il est possible que davantage d’ions lithium soient incorporés dans la couche organométallique et conduisent ainsi à des structures légèrement différentes avec des propriétés optiques modifiées.

Lors des tests avec la fenêtre commutable, l’équipe a montré que le changement de couleur se produisait très rapidement et pouvait être complètement inversé en deux à quatre secondes. Les chercheurs ont également pu assombrir les fenêtres jusqu’à 4 500 fois et les rendre à nouveau complètement transparentes. Des recherches plus approfondies pourraient désormais conduire à des prototypes stables à plus long terme. En principe, la couleur des revêtements pourrait également varier avec différents matériaux fabriqués à partir de composés de structure métallo-organiques. Il est même envisageable d’avoir des fenêtres commutables qui protègent spécifiquement uniquement la lumière ultraviolette ou le rayonnement thermique et restent transparentes à la lumière visible.